Me apunto a la cuestión (algo antigua) y aporto mi prediseño:
En mi caso se trata de un cargador para 3 celdas de litio, conectadas en serie para obtener una tensión de 12 v aprox.
El aparato que alimenta es un pequeño integrado amplificador, que consume unos 150 mA máximo (consumo nominal unos 50 mA). La tensión máxima de este integrado son 15 V.
El circuito de carga va integrado en la caja del amplificador, dejando accesible al usuario únicamente el conector de alimentación. En principio se puede cargar al tiempo que se usa el dispositivo.
EL circuito de carga se basa en dos LM317 que establecen dos zonas de carga CC/CV (corriente constante/voltaje constante) junto con un balanceador que asegura que ninguna batería excede el voltaje máximo de carga (un poco menos de 4,2 V).
El balanceador únicamente funciona en el fin del proceso de carga y, de hecho, la función que quiero es especialmente proteger las celdas ante sobrecarga por voltaje y sus asociados riesgos de incendio/explosión etc.
Li-Po Charger and Balancer
OBJETIVOS:
- carga CC/CV --> en principio conseguido
- regulación de carga --> conseguido, limitación en voltaje
- consumo mínimo del balanceador: minimizando la intensidad que circula por el divisor de tensión del balanceador
- fin de carga: ¿? no tengo claro que sea seguro dejar conectado el cargador
- Sencillez: puede parecer obvio pero prefiero evitar complicar el circuito con microcontroladores si la mejora no lo justifica.
ANÁLISIS
- El proceso de carga CC se realiza con el primer regulador LM317 y el CV con el segundo. Existe la posibilidad de que el voltaje de las celdas exceda el voltaje de CV antes de finalizar la carga, pero con el balanceador esto no debería ocurrir.
- La carga máxima queda limitada por el voltaje máximo de la celda, en condiciones de fin de carga este voltaje es representativo del SOC (Estado de Carga).
- El balanceador únicamente consume corrientes de fuga de los transistores (negligibles) corriente de fuga del voltaje de referencia TL431 (negligible también) y la corriente del divisor de tensión, que actúa como medidor de voltaje.
Esta corriente se divide entre la que circula por las resistencias del divisor y la que circula por el pin de referencia del TL431 (del orden de unos poco uA, hasta un máximo según hoja de datos de 10 mA).
- Fin de carga: aquí tengo un par de dudas. El fin de carga corresponde a la zona de carga CV o de voltaje constante, cuando se llega a este punto, la intensidad que circula por las celdas es mínima, hasta llegar a un punto teórico que es cero.
El voltaje CV objetivo (fijado según el segundo LM317) deberá ser ligeramente inferior al de la suma de los balanceadores, de otra forma el balanceador estará trabajando justo en la zona límite y posiblemente inestable (eso sin contar con las tolerancias de los componentes).
Otra opción que se me ocurre es fijar el mismo voltaje y añadir un circuito con histéresis que desconecte el cargador cuando los balanceadores se estabilicen en la tensión máxima.
Agradezco comentarios al respecto.
Un último aspecto es la desconexión del cargador, dado que el circuito permanece enteramente conectado, tengo dos opciones:
- desconexión mecánica mediante el conmutador que incorpora el conector de alimentación.
- Agregar diodos de protección para evitar la circulación inversa de corriente por el cargador
La segunda me parece la más apropiada.
DUDAS ADICIONALES
- ¿Agregar resistencia en la base de Q1 para limitar corriente?
- ¿Cambiar el balanceador por un microcontrolador con algoritmo de carga?
- He visto numerosos modelos de las siguiente placas:
Placas premontadas balanceadas para baterías lipo
que incorporan un DW01-P que se encarga de controlar la "salud" de las baterías.
Desconozco si este circuito es capaz de substituir al balanceador o si incluso si es beneficioso para el buen funcionamiento de la batería, agradezco información al respecto.
Por último, adjunto un pequeño análisis de TI en el que habla de las consecuencias de un mal balanceo y formas de implementarlo, a priori el circuito que planteo cumple con todos los puntos observados en el documento, si alguien ve alguno problemático que no haya comentado agradecería que lo mencionara.
https://www.ti.com/download/trng/do... Cell Balancing - What to Balance and How.pdf
Con todo lo demás, voy comenzando las pruebas del mismo y quedo a la espera de vuestras opiniones.
La fuente de la cual he extraido el circuito es
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